大中型泵站计算机监控系统选型原则

一、概述
我们所提到的泵站计算机监控/和保护属于二个*不同的专业,在计算机监控、保护系统中还应含有安全自动装置。他们的数据采集是独立的,运行也是相对独立的。泵站计算机监控、保护系统中的保护,在学科上应为继电保护和安全自动装置,属电力系统继电保护及其自动化专业(上世纪七十年代以前为发配电专业),其作用是负责保护泵站电气主设备安全。所以泵站计算机监控、保护系统的提法并不科学。
 我国泵站计算机监控技术/的应用是在水电厂计算机监控系统上发展起来的,这项技术起源于上世纪八十年代,目前,该项技术已广泛的应用于水电厂。经过多年的移植、试点,新建的大、中型泵站已全部采用计算机监控技术,已建的大、中型泵站也在逐步将常规控制设备更换为计算机监控系统。泵站计算机监控技术的应用,不仅提高了泵站运行管理和设备安全运行,还使泵站无人值班(少人值守)得以实现,并可提高泵站的使用效率。
大、中型泵站计算机监控系统/〔以下简称监控系统〕经历了常规电磁式设备、集中式微机监控系统和分层分布式微机监控系统几个阶段, 集中式微机监控系统和分层分布式微机监控系统又统称为计算机监控系统设备。由于集中式微机监控系统和分层分布式微机监控系统是由大、中型水电厂控制系统移植的,故而在泵站的应用适应性一直不好。
上世纪90年代中期小型计算机在大、中型水电厂监控系统方面的广泛应用,计算机的价格快速走低,微型计算机的功能不断加强。国内一些厂家便开始考虑如何将其技术移植到微机上,以应用于大、中型泵站,在高等院校和科研所的共同努力下,这一目标得以实现,所以现在泵站监控系统的上位机控制方式上,还明显的保留有大、中型水电厂监控系统的痕迹。在网络结构上则受变电站综合自动化影响较大,很多生产厂家的样本上还将泵站监控、保护称为泵站综合自动化。泵站综合自动化这一名词zui早来源于电力变电站综合自动化。这一提法是不科学的,称为泵站计算机监控系统较为合理。
二、监控系统简介
1、监控系统的组成
泵站监控系统大都由主站级(上位机)和现地控制单元级组成,它们之间依靠不同的通信介质及相关网络设备加以联接。主站级大多配有一台或多台计算机,辅以打印机、不间断电源(ups)、调制解调器(modem)、卫星同步对时装置(gps)。其主要功能就是替代人工值班,现地控制单元级则装有plc或集中采集装置、常规仪表、常规控制开关、温巡、转速信号装置等;在信息量较大的泵站,有的还装有一体化工控机或带触摸屏的数字处理单元。现地控制单元级的主要功能是完成对水泵机组的自动监视、控制和调节。通信介质多采用双绞线、光纤。
2、监控系统的功能划分
泵站主站级计算机的主要功能是完成对全站主设备的实时监测、控制、调节、运行记录,兼有与上级水情调度机构的通信管理。在推广水利信息化管理的今天,与上级水情调度机构的通信已变得十分重要。
现地控制单元级的主要功能是可按照主站级的指令,完成对泵站的设备实施具体的操作,也可在主站级或网络无法正常工作的情况下,在现地独立完成对设备的操作。这些操作可以是自动的也可以是手动的。
3、通信的主要功能
通信的主要功能分为内部通信和外部通信。内部通信为主站级工作站、服务器及现地级lcu、励磁装置、保护及自动装置等相互之间的通信。
外部通信为泵站计算机监控系统与上级水情调度、水情测报系统及闸门监控系统、船闸控制、视频监控和水工建筑物监测系统等的通信。
泵站监控系统的主干网使用zui广泛的是10mbps或 100mbps的以太网(ethernet),监控系统与励磁装置、继电保护及自动装置、直流等的通信多采用串行通信(rs232、rs422、 rs485等)。监控系统常用的接口方式:串行接口、网络接口(rj45或光纤)、总线。监控系统常用的通信载体有双绞线及双绞屏蔽电缆、光纤、无线传输。总线常用的有: can控制局域网等多种
4、监控系统与泵站自动化的关系
20世纪20年代美国、瑞士等发达国家,在泵站就已采用自动化控制模式。40年代,国外在泵站运行采用在中控室和机旁两级值班;到50年代后期,就已开始实现无人值班。所以说,泵站自动化控制不是现在才有的,也不是一定要采用计算机才能实现。只要设计合理,常规设备一样可以自动化控制的目的。
监控系统是泵站自动化的重要组成部分,计算机监控功能的发挥取决于泵站自动化相关设备的配置是否完善。大、中型泵站计算机监控技术推广缓慢的主要原因之一,就是泵站辅机自动化和泵站自动化元件产品不配套。
 要想真正的让监控系统发挥作用,除了有聪明的脑袋,还需有灵活的四肢。完善的辅机自动化和可靠的自动化元件是*的。
5、监控系统的基本配置
  监控系统一般只包括主站级计算机及其相关设备和现地控制单元级lcu。它的设备范围为计算机及其相关设备,网络设备,由plc或集中采集装置、常规仪表、常规控制开关、温巡、转速信号装置(此设备大多数由主机厂家配套)等组屏的lcu设备。
主站级计算机的配置依赖于市场的流行趋势和用户的资金投入。客观的说,对于监控系统,市场流行的工业控制机或品牌计算机,按标准配置都可满足需要。所要变化的是主板插槽的多少,以满足网卡和通信卡数量的需要。在采用集中式结构的系统中,工控机主板插槽数量则需要更多以满足开入开出等功能板的装配。
现在计算机硬盘容量都很大,可方便大容量信息的存储,配上外置式刻录光驱,可方便大容量数据的存储,计算机的相关设备如打印机一般仅在监控系统设备调试时使用一下,平常运行时使用频率很小,设备档次高低并不重要。在无人值班的情况下,更是用途不大,泵站配一台普通打印机即可满足要求。
由于计算机及其外围设备大都是交流电输入,为了解决在交流电源消失时能有效地保存数据,主要是采用直流逆变来加以解决。目前普遍采用的增加不间断电源(ups)设备解决在交流电源消失时,保存计算机数据的方法,并不一定是好的方法。它会使布线复杂,设备布置凌乱,既不利于设备的维护,也不美观。实际只需在泵站现有直流系统上安装一台好的逆变设备就可以很好的解决,还可以节省投资,降低维护成本。
调制解调器(modem)。调制是将系统的数字信号转化为模拟量信号的过程;而解调则是将模拟信号再还原为数字信号的逆过程,因此,在计算机监控系统与其他系统两端计算机上加装调制解调器之后使数字信号可以长距离传输。
卫星同步对时装置(gps)。为使泵站计算机监控系统及智能设备的时钟与标准时间同步,一般在泵站主站级配置有卫星同步对时装置(gps)。由卫星同步对时装置(gps)输出的时钟同步信号使泵站主站级计算机和现地级智能设备的时钟与标准时间同步。同步时钟脉冲可以送至泵站控制级计算机和各现地控制单元,使整个系统与标准时间同步。同步时钟信号也可以不经主站级网络直接送至各现地控制单元,实现硬对时,后者比前者对时。
泵站的顺控主要由现地级lcu的plc来完成,其配置档次的高低主要取决于plc的选型,在lcu屏里其它都是配套设备和继电保护及其自动装置,所以plc也是决定监控系统价格的主要设备之一。目前在监控系统中广泛采用的plc有ge的9030、versamax;施耐德的quantum系列;ab的slc-500、microlojix1200和1500;欧姆龙的cj1、cj2。
6、监控系统的结构:
有关监控系统的文章和各厂家的说明书里,大家都会提到计算机监控系统的结构,而谈的zui多的要算分层分布式结构,可是至今也没有对分层分布式结构有一个性的解释。实际上大家谈的监控系统结构应该是计算机网络的结构形式,而并非监控系统的结构,监控系统的结构应该按现地级设备的相对物理位置划分较为合理,而不应以网络的设备分布划分。不管是集中式、分层分布式还是分散式分布式,都可适用于大、中型泵站,他们带来的只是价格的攀升和使用维护的难度。
7、常规监控与计算机监控系统的区别
常规监控系统是以人为作为核心进行信息处理的,不可避免的会出现一些失误,其准确率和可靠性自然不高,而且因人而异。常规测量仪表的取值误差较大,既有测量的误差,还有人为观察误差;*信号装置不能准确的告知和记录事故发生的时间和顺序。与之相比计算机监控系统则具有如下一些更加优越的基本特点:
(1) 数据采集处理
(2)运行监视(状态变化、故障报警等)
(3)事件顺序记录
(4)事故追忆
(5)远动
(6)安全操作闭锁
(7)自诊断、自恢复功能
(8)实时控制和调节
三、监控系统的选型
在泵站监控系统/设备选型时,要遵循:可靠、实用、经济的原则。首先设计人员应对大、中型泵站信息化建设的现状和发展有较全面的了解,新建泵站都要按无人值班(少人值守)进行设计和建设。大、中型泵站信息化技术发展的目的首先是要提高泵站安全性与可靠性,降低泵站运行成本。泵站实现“无人值班(少人值守)”还要与简化厂房设计配合,才能真正技术*、经济合理的目的。
 基于泵站监控系统是一集成设备(oem)这一特点,在设备的选型上必然存在多样性问题,同样的价格会有几十种不同的设备配置。在监控系统设备的集成方式上、网络结构上、plc的厂家及型号选择上,没有统一的标准可遵循。各设备生产厂家也不可能对所有的it设备和智能设备的技术性能都十分熟悉,所以目前大部分厂家提供给我们的设备并不是十分合理的配置,很多厂家生产的设备在技术指标和功能上往往很难标书和相关规范的要求,而这些问题用户是很难了解到的。
要想发现存在的问题,必须要有完备的设备订货合同和详细的技术协议。因为只有签定了完备的设备订货合同,明确了法律责任,并提出详细的技术条款和设备清单,设备生产厂家才不可能随意更换配置和改变功能。这样,设备生产厂家如无法完成标书要求的技术功能要求,则不会盲目承接。
1、提出合理的方案
 客观的讲,目前各厂家所生产的泵站监控系统都能基本满足大、中型泵站的技术要求,只是研发实力不一样,在智能设备的性能、软件开发和通信网络的技术指标上各厂家之间存在很大的差异,有的差异可能会影响到泵站的正常运行。所以在监控设备定货前一定要根据泵站的规模和经济能力拿出合理的技术方案。在技术方案里要对主站级的设备配置、网络的结构和网络设备的选型、智能设备的选型和功能要求、plc设备生产厂家和设备型号的确定加以明确,特别是plc模块的类型和数量、主站级计算机的生产厂家及技术指标和网络设备的生产厂家和型号。除要有技术招标文件外,还需有详细的监控系统网络图和设备清册。
2、监控系统网络图的基本要求
目前厂家在投标时提供的监控系统网络图都是示意图,并不能真实的反映智能设备之间的联接关系,也无法真实反映相互之间的通信方式,这就给将来设备验收带来不便,同一张监控系统网络示意图可以有很多种不同的结果。
首先,业主应要求设计院拿出计算机监控系统网络图,由于设计院不可能对所有的it设备的性能和配置方法都十分了解,所以应要求设备厂家根据设计院的网络图做出几种能反映设备之间联接关系和反映系统及设备相互之间的通信方式的监控系统网络图,并根据网络图做出详细的设备清单,这样就可以将技术方案加以确定。业主对几种方案可按可靠、经济、实用的原则和自己的需求选择其中一种。
1、监控系统设备清册的基本要求
监控系统设备清册是确定技术指标和设备价格的关键。技术方案一经选定,根据完整的监控系统网络图就能列出详细的设备清单。目前设备生产厂家提供的设备清册只标型号,没有设备名称、技术参数以及具体设备生产厂家,不具备*性,给系统厂家在后期系统集成时变更设备留下了很大的空间,造成用户与厂家在设备验收时产生分歧。如果碰到责任心不强的厂家,则会出现无法满足设计要求的问题。
对于监控系统设备清册的具体要求是要将监控系统所用设备的名称、型号、技术参数、具体的设备生产厂家和使用数量按不同的安装单位分门别类的详细列出,在投标时还应提供设备单价和总价。设备验收时则按设备清册逐一对照,既可避免意见分歧,也可保证监控系统的产品质量。
2、价格估算
由于没有统一的标准,在泵站监控系统的价格上是没有参考标准的。各系统设备生产厂家的进货渠道和采购量的不同,拿到的设备价格也不一样,加之it产品市场价格变化很快,所以很难准确的判断谁的价格高低。如有实力的厂家进货量大,采购价格低,但管理成本高;实力稍差的厂家进货价格高,但管理成本低。所以也不能以价格的高低来评判产品的好坏。
一般将it产品在网上公布的价格打六折,其他设备可直接与生产厂家询问,二者合一就应是系统集成厂家的报价,在这一报价的基础上上下浮动几个点应该是可以接受的。这种计算方法不适用于自产的微机保护及智能装置,对于无自主研发能力的厂家,因其没有大的研发成本,其装置的利润空间很大。
5、监控系统集成厂家的选择
现在业主都习惯用企业的注册资金量、年产值和已生产了多少设备来衡量系统集成厂家的技术,而注册资金量、年产值和已生产了多少设备是无法真实体现系统集成厂家的真实技术。有的厂家年产值很高,但主营的是其他产品,泵站监控系统在其中所占比例则很低;而有些年产值不太高的厂家则有可能是专业生产泵站监控系统的。
在技术上衡量的标准应以有多少产品是自主研发的,具不具备应用软件的自主开发能力(不含组态应用软件的开发能力),而不是看集成厂家生产了多少设备。很多厂家2000年前生产的设备已被撤换,因为那时人们对监控系统并不了解,只要说是综合自动化设备就行,交了不少学费。
现在泵站监控设备生产厂家以前大都是生产变电站综合自动化设备和小型水电站监控设备的,由于自主研发生产数字式保护继电器有一定的难度, 继电保护和安全自动装置(数字式保护继电器)对专业技术和生产技术要求很高,而监控系统属集成系统(oem),只要了解泵站的生产工艺流程就行,而泵站的生产工艺流程由设计院完成,所以对自动控制稍有了解的生产工厂和自动控制公司都可完成,这也就是为什么有这么多的监控生产厂家和自动化公司涉足这个行业的主要原因之一。
现在泵站计算机监控、保护系统在运行中所出的问题,大多是出在保护装置上,再就是出在监控应用软件上。目前国内还没有专门的泵站监控应用软件销售,而国内只有少数几家具有泵站监控应用软件自主研发能力,大多数厂家只能在ifx或组态王等组态软件上进行二次开发,在使用中感觉软件的适应性不是很好,可维护性较差。由于受公司研发人员流动大的影响,依靠二次开发的软件很难定型,给软件的维护带来很大的不便。
因此,在选择泵站计算机监控、保护系统生产厂家时,不能只看注册资金和厂家业绩。主要看其是否具有自主研发能力、设备生产加工能力及售后服务体系。it产品更新很快,计算机产品更新更快,没有好的售后服务做为基础,泵站计算机监控系统/将无法*稳定运行,只能是一个高科技的摆设。
6、监控系统it主设备配置
据德国西门子公司提供的资料,双机系统的价格比单机系统高30%左右,但可用率只提高0.08%。国外有些新投产的泵站也未用双机系统。
在主站级计算机的配置上要以满足系统功能和网络需求为基本原则,现在市场上的主流机型都能适合泵站监控系统。单机能完成任务的不要设多机,小型泵站可以考虑取消主站级。
现地控制单元级的plc配置原则上不需配置模拟量模块,因为模拟量模块价格很贵,所需的模拟量可以通过其他方式采集,所以模拟量模块作用并不大。plc有大中小型和高中低档之分,因为plc在泵站主要实现的是逻辑控制功能,所以不管选那个厂家的plc都行,主要看你的经济实力、运行维护人员的技术及操作习惯。
7、泵站信息化的定位
在新的一轮泵站改造高潮到了的时候,人们在激动之时不可避免的会产生盲动性,几十年的无人问津,艰苦条件下的工作环境是该好好改善一下,泵站自动化一下子上升为泵站信息化。提法提高很容易,但是要根本解决管理素质低下问题不是一下就能解决的,高性能的设备是需要高素质人才来管理的道理大家应该明白。
纵观近几年大、中型泵站的改造结果,我们不难发现,从设备的硬件配置方法到软件的功能设置,无疑不是农村水电站监控系统上世纪90年代产品的拷贝,在信息化建设方面并没有大的突破。
笔者认为,我国的泵站是一个公益单位,不是以赢利为目的,也没有赢利的手段,也就是说没有正常的收入,所有的开支都是来源于政府财政拨款,这是招标和投标单位首先必须考虑的。
比起农村水电站,泵站的人才更为奇缺,而学泵站自动化的就更少。没有高素质的人才,如何能管理好高配置的设备。人才的培养是需要一定周期的,突如其来的改造机遇给我们带来生机,如何掌握机遇也是必须认真面对的。否则,用纳税人的钱武装的高科技设备将可能会成为摆设,如果使用不当甚至会危及到泵站的运行安全。合理而且科学的定位,实事求是的面对现实,才能使泵站改造取得良好的效果。
这几年在泵站自动化设计上不考虑实用的原则,过分的追求主站级计算机系统的高配置,测量参数不管有用没用,都往主站级送,似乎采集量越多,显示画面越多,系统就越*。盲目提高系统配置档次,在主站级除了设置冗余的操作员工作站外,还要设置工程师工作站、培训工作站、通信工作站等,结果增加了自动化设备的投资。不但收到的效益甚微,还加大了维护工作量,增加了运行成本。
在现实设计选型中出现监控系统设备的大型化、复杂化,已是当今很突出很普遍的现象。所以我们需要对监控系统的基本技术有所了解,避免在设计选型上照抄、照搬,对厂家的宣传要仔细分析,特别是要加强设备验收和投运试验。
在欧美发达国家泵站的控制都已实现远方开、停机操作 ,泵站现地配置简单实用的自动化模式,由于设备的减少,副厂房设计的都很小,也有不设副厂房的。主厂房简洁、实用,不装修。泵站无需人员值班管理。当发生事故时,自动化设备自动完成停机程序,然后向管理人员发出事故报警信号,通知其到泵站处理事故。
文章源于:上海锐呈电气有限公司/
:魏元栋

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